JP2006287572A - アンプシステム及びアンプシステムの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 移動体に搭載されるアンテナアンプの特殊性に鑑みた最適な制御が可能なＡＧＣ回路を含むアンプシステム及びアンプシステムの制御方法を提供する。
【解決手段】 アンテナ入力のマッチング処理を行うマッチング回路と、前記マッチング回路からの出力を減衰する減衰手段と、前記減衰手段からの出力信号を増幅するアンプと、前記減衰手段からの出力信号を前記アンプに入力させることなく出力させるスイッチ手段と、少なくとも電界強度レベルを検出して前記スイッチ手段を制御するＡＧＣ回路とからなる移動体用アンプシステムとしてＡＧＣ回路が強電界レベルにあることを検出したときには、スイッチ手段を制御して、アンプを経由せずにアンテナからの信号を出力させることによって、アンプ歪みの発生を防止し、また弱電界レベル（たとえば２０ｄＢμＶ以下）である場合にはアンプを経由させて受信信号を増幅させることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両等の移動体のための受信装置の受信感度の向上に関する技術である。

移動体に搭載されるＡＭ／ＦＭ受信機等の受信装置において、アンテナとオーディオシステム間のインピーダンスマッチングを行い、伝送ロスを改善し、Ｓ／Ｎ比の低下を防止する等の目的で、アンテナアンプが用いられている。

このようなアンテナアンプにより、移動体が弱電界地域を走行する際には、受信感度が高まるものの、強電界地域を走行する際には、アンプ歪みが発生するという問題があった。 この点について、電界強度の変動の烈しい地域を走行する車両において受信感度を安定させる技術として特許文献１（特許第３３９２８８０号公報（特開平５−８３１５２号））がある。

この技術では、移動体用の受信装置の受信状態を、弱電界地域，強電界地域の両方の地域で良好にするために、アンテナとチューナ部との間に、自動利得制御減衰回路と一定利得高周波増幅回路とを設け、この自動利得制御減衰回路を制御する長期初期値ラッチ電界強度判定回路を設け、ＡＧＣ回路の帰還信号により長期初期値ラッチ電界強度判定回路を制御するようにしている。これにより、電界強度が弱い場合には、自動利得制御減衰回路での減衰を０にして増幅回路を常に作動状態として受信感度を高める。そして強電界の場合には電界強度の変動が烈しいので、電界強度が所定値を超えた場合には増幅回路をオフにし、この状態を電界強度の変動に関わらず所定期間継続するという制御を繰り返すようにしたものである。

また、特許文献２（特開平９−８５２９号公報）では、弱電界のＳ／Ｎ比を改善するとともに、強電界でも歪みの少ない映像を得るために、ガラスアンテナとテレビ受信機との間の伝送ケーブルの好適な部位にブースタアンプを挿入接続し、受信感度の信号レベルに応じて、ブースタアンプの電圧増幅率を制御する技術を開示している。

また、特許文献３（特公平８−２１８７４号公報）では、受信部および制御部を含む無線機において、受信時の受信信号レベルを包絡線検出器で検出し、該無線機の高周波増幅器の増幅度を必要としない十分な受信レベルのときに、高周波増幅部に電力を供給せずに高周波増幅器をバイパスする高周波信号バイパス経路を具備することにより、無線機の消費電流の低減化を図れるようにしている。

また、特許文献４（特開２００１−１７７４２９号公報）は、電子チューナに関する技術で、電界強度に応じて自動的に切り替えることができる電子チューナを得るために、入力されるテレビジョン電波の電界強度に応じて、その電界強度が弱い場合には低雑音増幅器を挿入すると共に、テレビジョン電波が強い場合には、低雑音増幅器の両端を高周波的に短絡するスイッチ回路を自動的に切り替えるようにして、予めデータを設定することにより、テレビジョン電波の電界強度に応じて自動的に切り替えることができるようにしたものである。

また、特許文献５（特公平７−８９６２２号公報）は、動作特性の良好な受信機を実現するために、無線周波増幅器がオンのときの前記所定の電界強度の値に対応する前記整流回路の出力を第１の出力レベルとし、前記無線周波増幅器がオフのときの前記所定の電界強度の値に対応する前記整流回路の出力を第２の出力レベルとして、電界強度判定回路が
前記整流回路の出力が前記第１の出力レベルより大きいとき受信電波の電界強度が所定の値より大きいと判定して前記無線周波増幅器への電源供給をオフする制御をし、前記整流回路の出力が前記第２の出力レベルより小さいとき受信電波の電界強度が所定の値より小さいと判定して前記無線周波増幅器への電源供給をオンする制御をするようにしたものである。

また、特許文献６（特開平１１−２３４１５７号公報）は、過大な電界レベルの信号が入力されたとき調整可能な範囲の電界レベルであるときは減衰量を調整し、調整範囲を超えたときには入力信号を遮断する保護回路を備えた受信機を実現するために、減衰回路で減衰された信号から、異常電界レベル減衰回路で調整可能な信号レベルかを判定し、異常電界レベル減衰回路に減衰量を調整する信号を出力するものである。
特許第３３９２８８０号公報 特開平９−８５２９号公報 特公平８−２１８７４号公報 特開２００１−１７７４２９号公報 特公平７−８９６２２号公報 特開平１１−２３４１５７号公報

前記特許文献１は、単に減衰回路と増幅回路とのオン・オフを繰り返すだけであり、これらの制御を車速センサからの速度情報に基づいて、予測値でオン・オフ時間を制御しているために、実際には車両が強電界領域から弱電界領域に移動しているにもかかわらず、一定時間増幅回路がオン状態とならずに受信感度が低下するという問題が考えられる。

また、特許文献２乃至５も単にスイッチ手段を設けて増幅回路や減衰回路のオン・オフを制御する解決策を示しているに過ぎず、移動体という特殊な分野の受信感度改善が図れるものではなかった。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、移動体に搭載されるアンテナアンプの特殊性に鑑みた最適な制御が可能なＡＧＣ回路を含むアンプシステム及びアンプシステムの制御方法を提供することを技術的課題とする。

前記課題を解決するために、本発明では、以下の手段を採用した。
本発明は、移動体に搭載されるアンテナアンプシステムであって、アンテナ入力のマッチング処理を行うマッチング回路と、前記マッチング回路からの出力を減衰する減衰手段と、前記減衰手段からの出力信号を増幅するアンプと、前記減衰手段からの出力信号を前記アンプに入力させることなく出力させるスイッチ手段と、少なくとも電界強度レベルを検出して前記スイッチ手段を制御するＡＧＣ回路とからなるアンプシステムである（請求項１）。

このように、ＡＧＣ回路が強電界レベルにあることを検出したときには、スイッチ手段を制御して、アンプを経由せずにアンテナからの信号を出力させることによって、アンプ歪みの発生を防止できる。また弱電界レベル（たとえば２０ｄＢμＶ以下）である場合にはアンプを経由させて受信信号を増幅させることができる。

また、前記に加えて、前記スイッチ手段から出力信号の逆位相信号を前記アンプの前段に帰還入力する手段を備えた移動体用アンプシステムである（請求項２）。
このようにアンプ利得を制御することにより、アンプ歪みの発生を抑制できる。特に、
歪みの抑制により、オーディオシステムにおける歪率Ｓ／Ｎ比を大幅に改善することができる。

さらに、前記ＡＧＣ回路は、前記マッチング回路と、前記減衰手段と、前記スイッチ手段とを制御するものであり、前記ＡＧＣ回路は、所定の強電界レベルを検出したときに、前記減衰手段を制御して前記アンプに入力させる信号を減衰させる制御を行う（請求項３）。

このようにＡＧＣ回路はスイッチ手段およびアンプへの帰還入力を制御するとともに、さらに減衰手段を制御することにより、妨害レベルとなることを抑制できる。

また、前記ＡＧＣ回路は、所定の強電界レベルを検出したときに、前記マッチング回路を制御して前記アンプに入力させる信号を減衰させる制御を行う（請求項４）。

これは、アンテナとアンプのインピーダンスの不適合（ミスマッチ）を意図的に発生させるものである。すなわち、マッチング回路を制御して電圧定在波比（ＶＳＷＲ：Voltage Standing Wave Ratio）を意図的に制御することにより、前記アンプに入力させる信号
を減衰させるものである。

また、本発明は、ＡＧＣ回路において、アンプからの出力信号の逆位相信号を、前記アンプの前段に帰還入力させる第１の制御と、前記第１の制御に加えて、アンプへの入力を行わずに帰還入力された信号を出力する第２の制御と、前記第２の制御に加えて、前記減衰手段を制御してマッチング回路から入力信号を減衰させる第３の制御と、前記第３の制御に加えて、前記マッチング回路を制御してアンテナ入力とアンプとのインピーダンスの適合性を制御してアンプへの入力信号レベルを低下させる第４の制御とを選択的に実行するアンプシステムの制御方法（請求項５）とするものである。

このような制御は、第１の制御から第４の制御まで段階的に行われることが好ましく、特に、アンテナとＨ／Ｕ（ヘッドユニット、ここではＡＭ／ＦＭチューナ）のマッチングが良好な場合に最適な制御方法である。

また、本発明は、ＡＧＣ回路において、前記アンプからの出力信号の逆位相信号を、前記アンプの前段に帰還入力させる第１の制御と、前記第１の制御に加えて、前記減衰手段を制御してマッチング回路から入力信号を減衰させる第２の制御と、前記第２の制御に加えて、前記マッチング回路を制御してアンテナ入力とアンプとのインピーダンスの適合性を制御してアンプへの入力信号レベルを低下させる第３の制御と、前記第３の制御に加えて、アンプへの入力を行わずに帰還入力された信号を出力する第４の制御と、を選択的に実行するアンプシステムの制御方法である（請求項６）。

このような制御は、第１の制御から第４の制御まで段階的に行われることが好ましく、特に、アンテナとＨ／Ｕのマッチングが良好でない場合に最適な制御方法である。

本発明によれば、移動体に搭載されるアンテナアンプの特殊性に鑑みた最適な制御が可能なＡＧＣ回路を実現することができる。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態であるアンテナアンプ４のシステム構成を示すブロック図である。
同図において、アンテナからの受信信号はマッチング回路２に入力されるようになっている。このマッチング回路２はアンテナのインピーダンスマッチングを行う回路である。

マッチング回路２の信号が入力されるアッテネータ３（減衰手段：ＡＴＴ）は、可変型のアッテネータ（ＡＴＴ）であり、抵抗を接地に対してπ型、Ｔ型に接続したもの等を用いることができる。

前記アッテネータ３（ＡＴＴ）とアンプ４（増幅回路）との間には分岐部５ａが設けられており、アッテネータ３（ＡＴＴ）の出力信号がアンプ４への入力路とバイパスに分岐入力されるようになっている。

アンプ４の後段には、分岐部５ｂが設けられており、ＡＧＣ回路１によってアンプ４からの出力信号の電界レベルが検出されるようになっている。

分岐部５ｂの後段には第１スイッチ（ＳＷ１）が配置されている。この第１スイッチ（ＳＷ１）にＡＧＣ回路１からＡＧＣ ＯＦＦ信号が出力されるとスイッチ（ＳＷ１）がオフ状態となる。これにより、アンプ４からの増幅信号が後段に出力されない状態となる。

一方バイパスには第２スイッチ（ＳＷ２）、分岐部５ｃおよび第３スイッチ（ＳＷ３）が配置されている。第２スイッチ（ＳＷ２）と第３スイッチ（ＳＷ３）は、それぞれＡＧＣ ＯＮ信号によってオン（導通）制御されるようになっている。すなわち第３スイッチ（ＳＷ３）がオン状態となるとアッテネータ３（ＡＴＴ）からの出力信号が、分岐部５ｃより分岐部５ａに帰還入力されるようになっている。

また、このときに第３スイッチ（ＳＷ３）も短絡（オン）されると、アッテネータ３（ＡＴＴ）からの出力信号はバイパスを経由して分岐部５ｃから出力される。

また、このときに、第１スイッチ（ＳＷ１）が開放（オフ）されていると、アッテネータ３（ＡＴＴ）からの出力信号はアンプ４を経由せずにバイパスを経由して出力されることになる。

すなわち、分岐部５ｂからの電界レベルの検出信号によって、ＡＧＣ回路１が強電界状態を検出すると、ＡＧＣ回路１は、第１スイッチ（ＳＷ１）をオフ状態とし、第２スイッチ（ＳＷ２）と第３スイッチ（ＳＷ３）とをオン状態とする。これによって、アンテナからの受信信号は、マッチング回路２→アッテネータ３（ＡＴＴ）→分岐部５ａ→第２スイッチ（ＳＷ２）→分岐部５ｃ→第３スイッチ（ＳＷ３）→分岐部５ｃを経て出力される。このように、強電界時には、アンテナからの受信信号はアンプ４を経由せずに出力されるため、アンプ歪みの発生を防止できる。

一方、分岐部５ｂからの電界レベルの検出信号によって、ＡＧＣ回路１が弱電界状態を検出すると、ＡＧＣ回路１は、第１スイッチ（ＳＷ１）を短絡（オン）状態とし、第２スイッチ（ＳＷ２）と第３スイッチ（ＳＷ３）とを開放（オフ）状態とする。これによって、アンテナからの受信信号は、マッチング回路２→アッテネータ３（ＡＴＴ）→分岐部５ａ→アンプ４→分岐部５ｂ→第1スイッチ（ＳＷ１）→分岐部５ｃを経て出力される。こ
のように、弱電界時には、アンテナからの受信信号はアンプ４を経由して適切に増幅して出力される。

なお、分岐部５ｂからの電界レベルの検出信号によって、ＡＧＣ回路１が強電界状態を検出したときに、第２スイッチ（ＳＷ２）をオン、第３スイッチ（ＳＷ３）をオフ、第１スイッチ（ＳＷ１）をオン状態に制御することによって、第２スイッチ（ＳＷ２）の出力
信号をアンプ４の入力側（分岐部５ａ）にフィードバック（アンプ４後の逆位相の信号をアンプ４入力側に負帰還）させることによって、アンプ４を介して信号出力した場合でも、アンプ歪みを回避することができる。

なお、分岐部５ｂからの電界レベルの検出信号によって、ＡＧＣ回路１が強電界状態を検出したときに、前記第１スイッチ（ＳＷ１）〜第３スイッチ（ＳＷ３）への制御の他に、以下の制御を実行することが好ましい。

すなわち、ＡＧＣ回路１はアッテネータ３（ＡＴＴ）を制御してマッチング回路２からの出力信号を減衰させてアンプ４に入力させることができる。アッテネータ３（ＡＴＴ）は、その動作自体をオン・オフさせるものであってもよいし、減衰値を可変に制御できるものであってもよい。

このようにアップへの入力信号を減衰させることによって強電界時のアンプ歪みの発生を回避できる。

また、ＡＧＣ回路１はマッチング回路２を制御して、ＶＳＷＲ特性を意図的に変化させてマッチング不適合な状態とさせてアンプ４への入力信号レベルを低減させてアンプ歪みの発生を回避してもよい。

このように本実施形態では、従来のアンテナアンプ４で問題となっていた強電界領域を走行している際のアンプ歪みの発生を回避できる。その結果、オーディオシステムにおけるＳ／Ｎ比を大幅に改善することができる。

＜第２の実施形態＞
図２は、実施形態１で説明したアンプシステムとほぼ同様であるが、スイッチの個数を低減し、ＡＧＣ回路１の制御部で図１のアンプシステムと同様の制御を行うものである。

なお、図１と同じ符号を付した部位は同じ機能を有しているものとする。

ＡＧＣ回路１には制御部１ａが設けられており、この制御部はアンプ４からの出力に基づいて電界レベル値を入力して、とうがい電界レベル値に基づいてスイッチ（ＳＷ４）を制御するようになっている。また、同様にして制御部１ａはマッチング回路２およびアッテネータ３（ＡＴＴ）を制御するようになっている。

すなわち、制御部１ａからの制御信号によってスイッチ（ＳＷ４）が制御されてアッテネータ３（ＡＴＴ）からの出力信号が、分岐部５ｄへのバイパスとアンプ４への入力とに選択的に切り替えられて出力されるようになっている。

また、アンプ４からの出力信号は逆位相の信号として、アンプ４に負帰還入力されるようになっている。

このシステムにおいて、以下のような制御を行う。

まず、アンテナとＨ／Ｕ間のマッチングが良好な場合、第１に、アンプ４からの出力信号の逆位相信号を、前記アンプ４の前段に帰還入力させる。このとき、制御部はスイッチ（ＳＷ４）を制御してアッテネータ３（ＡＴＴ）からの出力信号をアンプ４側に入力させる。これによりアンプ４の利得を下げて、アンプ歪みを低減できる。

次に、スイッチ（ＳＷ４）を制御して、アンプ４への入力信号を下げた状態で、分岐部
５ｄへのバイパスをオンさせて、アンプ４をスルー状態にしてアンプ歪みを低減する。

次に、さらに妨害レベルが上がると、前記の制御に加えて、アッテネータ３（ＡＴＴ）をリニアに動作させてアンプ４への入力信号を減衰させる。

次に、前記の制御によってアッテネータ量が飽和してしまった場合、マッチング回路２を制御して、ＶＳＷＲ特性を意図的に変化させてマッチング不適合な状態とさせてアンプ４への入力信号レベルを低減させる。

制御部１ａは強電界状態の場合、以上のような制御を段階的に実行することによってアンプ歪みの発生を回避することができる。

次に、アンテナとＨ／Ｕ間のマッチングがあまり良好ではない場合、第１に、アンプ４からの出力信号の逆位相信号を、前記アンプ４の前段に帰還入力させる。このとき、制御部はスイッチ（ＳＷ４）を制御してアッテネータ３（ＡＴＴ）からの出力信号をアンプ４側に入力させる。これによりアンプ４の利得を下げて、アンプ歪みを低減できる。

次に、さらに妨害レベルが上がると、前記の制御に加えて、アッテネータ３（ＡＴＴ）をリニアに動作させてアンプ４への入力信号を減衰させる。

次に、前記の制御によってアッテネータ３（ＡＴＴ）が飽和してしまった場合、マッチング回路２を制御して、ＶＳＷＲ特性を意図的に変化させてマッチング不適合な状態とさせてアンプ４への入力信号レベルを低減させる。

さらに、強電界レベルが高くなった場合、スイッチ（ＳＷ４）を制御して、分岐部５ｄへのバイパスを短絡（オン）させて、アンプ４をスルー状態にしてアンプ歪みを低減する。ただしこのスルー制御はアンテナ〜Ｈ／Ｕ間のマッチング不整合が生じて伝送ロスが増大する場合には行わなくてもよい。

制御部１ａは強電界状態の場合、以上のような制御を段階的に実行することによってアンプ歪みの発生を回避することができる。

本発明は、移動体の受信システムに利用可能である。

本発明の第１の実施形態であるアンテナアンプシステムを示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態であるアンテナアンプシステムを示すブロック図である。

符号の説明

１ ＡＧＣ回路
１ａ 制御部
２ マッチング回路
３ アッテネータ（ＡＴＴ）
４ アンプ
５ａ〜５ｄ 分岐部

Claims (6)

1. 移動体に搭載されるアンテナアンプシステムであって、
   アンテナ入力のマッチング処理を行うマッチング回路と、
   前記マッチング回路からの出力を減衰する減衰手段と、
   前記減衰手段からの出力信号を増幅するアンプと、
   前記減衰手段からの出力信号を前記アンプに入力させることなく出力させるスイッチ手段と、
   少なくとも電界強度レベルを検出して、前記スイッチ手段を制御するＡＧＣ回路とからなるアンプシステム。
2. 前記に加えて、前記スイッチ手段から出力信号の逆位相信号を前記アンプの前段に帰還入力する手段を備えた請求項１記載のアンプシステム。
3. 前記ＡＧＣ回路は、前記マッチング回路と、前記減衰手段と、前記スイッチ手段とを制御するものであり、
   前記ＡＧＣ回路は、所定の強電界レベルを検出したときに、前記減衰手段を制御して前記アンプに入力させる信号を減衰させる制御を行う請求項１記載のアンプシステム。
4. 前記ＡＧＣ回路は、所定の強電界レベルを検出したときに、前記マッチング回路を制御して前記アンプに入力させる信号を減衰させる制御を行う請求項３記載のアンプシステム。
5. 移動体に搭載されるアンプシステムの制御方法であって、
   アンテナ入力のマッチング処理を行うマッチング回路と、前記マッチング回路からの出力を減衰する減衰手段と、前記減衰手段からの出力信号を増幅するアンプと、前記減衰手段からの出力信号を前記アンプに入力させることなく出力させるスイッチ手段とを制御するＡＧＣ回路において、
   前記アンプからの出力信号の逆位相信号を、前記アンプの前段に帰還入力させる第１の制御と、
   前記第１の制御に加えて、アンプへの入力を行わずに帰還入力された信号を出力する第２の制御と、
   前記第２の制御に加えて、前記減衰手段を制御してマッチング回路から入力信号を減衰させる第３の制御と、
   前記第３の制御に加えて、前記マッチング回路を制御してアンテナ入力とアンプとのインピーダンスの適合性を制御してアンプへの入力信号レベルを低下させる第４の制御とを選択的に実行するアンプシステムの制御方法。
6. 移動体に搭載されるアンプシステムの制御方法であって、
   アンテナ入力のマッチング処理を行うマッチング回路と、前記マッチング回路からの出力を減衰する減衰手段と、前記減衰手段からの出力信号を増幅するアンプと、前記減衰手段からの出力信号を前記アンプに入力させることなく出力させるスイッチ手段とを制御するＡＧＣ回路において、
   前記アンプからの出力信号の逆位相信号を、前記アンプの前段に帰還入力させる第１の制御と、
   前記第１の制御に加えて、前記減衰手段を制御してマッチング回路から入力信号を減衰させる第２の制御と、
   前記第２の制御に加えて、前記マッチング回路を制御してアンテナ入力とアンプとのインピーダンスの適合性を制御してアンプへの入力信号レベルを低下させる第３の制御と、
   前記第３の制御に加えて、アンプへの入力を行わずに帰還入力された信号を出力する第
   ４の制御と、を選択的に実行するアンプシステムの制御方法。

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